分子“魔术贴”：2D材料之间的共价键解锁了增强的光电能力

研究人员使用分子“维可牢尼龙搭扣”将2D材料化学连接起来，从而制造出具有改进光电性能的器件。该装置由与MoS2共价键合的钯纳米片制成，与范德华对应物相比，由于两种材料之间的化学键合界面，在红外波段显示出增强的光电响应。由于其2D材料之间的强共价键，下一代2D-2D异质结构超越了范德华

结合不同晶体中的最佳晶体以获得终极材料是推动二维（2D）材料研究的座右铭。二维结构通常通过原子沉积构建，并通过范德华相互作用彼此弱结合。在过去的几年里，引入了一种创建稳健二维结构的替代方法，涉及不同材料的纳米片的化学连接。现在，研究人员正在利用这项技术来制造具有更丰富光电响应的改进设备

在IMDEA Nanociencia、ICMM（马德里）、INMA和ARAID基金会（萨拉戈萨）最近的一项合作中，研究人员合成并表征了由钯纳米片和二硫化钼（MoS2）组成的二维结构。这项研究发表在《Small》杂志上

MoS2因其易于剥离和优异的光电性能而成为最受欢迎的二维材料之一。它的2H型具有明确的带隙，在光谱的可见光范围内具有良好的吸光度。然而，MoS2的一个显著局限性是其在红外波段的吸收率较差。宽带光学检测能力，特别是从紫外到近红外范围，对于医疗监控、视频成像或光通信等应用至关重要

研究人员将MoS2与钯纳米片结合在一起，创建了具有宽带检测的二维结构，在红外波段提供吸光度。原型装置由单层用钯纳米片共价官能化的MoS2组成，与具有相同组件的范德华结构相比，在宽度和强度方面都显示出增强的光电响应

研究人员证明，这种增强源于两种材料之间的化学结合界面。钯-MoS2装置的光谱分析揭示了两种材料之间的电子相互作用，证明了化学连接的有效性

此处报告的设备具有三个关键特征。首先，MoS2的横向尺寸在微米范围内，结合了小于5纳米的超薄厚度。其次，钯纳米片具有2D形态，这使得在红外区域具有很强的吸收能力。最后，通过双功能分子促进了两种纳米材料之间的化学连接

这项工作突出了共价连接的优点。首先，该设备对溶剂或热过程具有鲁棒性。此外，与范德华元件相比，其2D元件之间的共价连接提高了器件的光电响应。这些发现表明，共价连接的二维材料在宽带光电探测中的应用前景广阔 More information: Ramiro Quirós‐Ovies et al, Chemically‐Linked Heterostructures of Palladium Nanosheets and 2H‐MoS₂, Small (2024). DOI: 10.1002/smll.202406030

Journal information: Small